CN114237141A - 一种挖掘机远程控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于挖掘机智能控制领域，具体涉及一种挖掘机远程控制系统，包括传输单元、环境单元、执行单元、显示单元与指令单元；传输单元包括5G通信模块、数据转换单元1、数据转换单元2和以太网交换单元；5G通信模块一端通过所述数据转换单元2实现与指令单元的数据传输，5G通信模块另一端与所述以太网交换单元连接实现数据传输；所述数据转换单元1与以太网交换单元连接，用于接收以太网交换单元传递的数据并转发给执行单元；所述以太网交换单元还与环境单元连接，用以接收环境单元传递的数据，所述5G通信模块还与显示单元连接，用以将5G通信模块接收到的数据传递给显示单元。通过远程指令单元对挖掘机进行远程遥控，从而提高操作员的安全性。
Description
技术领域
本发明属于挖掘机智能控制领域，具体涉及一种挖掘机远程控制系统。
背景技术
挖掘机是工程建设中应用场景最丰富的机型之一，驾驶员面临着复杂多变的工况，在抗震救灾、爆炸现场、有毒环境、断桥隧道、军用排爆等危险作业施工中，人员的安全是重中之重。在危险区域施工环境中，为了保障人员安全，优选采用远程遥控挖掘机。
目前，通常是通过人工实地对挖掘机端进行控制，或者是近程百米类的近程遥控器进行控制挖掘机施工操作。但是，在危险场景例如采矿、挖隧道等场景，会出现塌方、巨石滑落等现象，属于严重危险作业区域，操作手在该区域作业会导致严重的人员伤亡问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供一种挖掘机远程控制系统，通过远程指令单元对挖掘机进行远程遥控，从而提高操作员在危险场景下施工的安全性，同时通过5G网络进行数据及图像的的交互，提高远程遥控时施工操作的实时性。
本发明是通过如下技术方案实现的：一种挖掘机远程控制系统，该远程控制系统包括传输单元、环境单元、执行单元、显示单元与指令单元；
传输单元包括5G通信模块、数据转换单元1、数据转换单元2和以太网交换单元；5G通信模块一端通过所述数据转换单元2实现与指令单元的数据传输，5G通信模块另一端与所述以太网交换单元连接实现数据传输；所述数据转换单元1与以太网交换单元连接，用于接收以太网交换单元传递的数据并转发给执行单元；所述以太网交换单元还与环境单元连接，用以接收环境单元传递的数据，所述5G通信模块还与显示单元连接，用以将5G通信模块接收到的数据传递给显示单元。
进一步地，所述5G通信模块包括5G路由器、5G工业路由器和基站，5G路由器与基站之间、5G工业路由器与基站之间均采用5G无线网络进行连接，5G路由器与显示单元之间、5G路由器与数据转换单元2之间、5G工业路由器与以太网交换单元之间均通过以太网进行连接。
进一步地，所述5G路由器与5G工业路由器分别配置具备专用通信通道的sim卡，实现端对端的专用通道。
进一步地，所述环境单元由置于车辆端的图像控制单元和状态系统组成；图像控制单元与七路高清摄像头通过视频线连接，所述高清摄像头中至少包含一路支持音频高清摄像头并安装于驾驶室内部，采集并发送现场驾驶的发动机声音；至少包含四路高清摄像头安装于车身前后左右位置，实时采集车身周边环境，包括检测障碍物与人员出入的视频以及声音信号；图像控制单元经过标准H.265/H.264码流对视频以及音频进行编码，并将编码后的信号通过传输单元传到显示单元进行编解码进行分析显示；状态系统由车辆控制系统的发送单元组成，其中发送单元由车辆转速、高低速、档位、车辆姿态、压力的参数组成，状态系统通过传输单元将参数传到显示单元进行显示，便于操作员观察车辆运行状态。
进一步地，所述显示单元包含显示器和上位机软件，其中上位机软件通过5G网络接收环境单元的视频与状态信号，通过RTSP视频流进行H.265/H.264解码显示视频，解析状态系统数据并做数据显示。
进一步地，车辆端的状态系统向远程端发送车辆状态信息，远程端指令单元依据状态信息分析指令发送的可行性。
进一步地，所述数据转换单元1与所述数据转换单元2之间按照包括5G远程遥控挖掘机的容错控制方法进行数据互通，分别限制遥控操作过程中接收的数据，过滤不必要的数据。
进一步地，该5G远程遥控挖掘机的容错控制方法包括指定指令单元源地址为ADDR1，数据转换单元1对接收的数据进行过滤，当出现非ADDR1的源地址数据时，屏蔽该段数据，不执行该指令，并向远程端发送异常数据报警，请求远程端停止发送，远程端接收报警信号进行数据过滤停止发送；指定环境单元数据源地址为ADDR2，数据转换单元2对接收的数据进行过滤，当出现非ADDR2的源地址数据时，屏蔽该段数据，不显示该数据，并向车辆端发送异常数据报警，请求车辆端停止发送，车辆端接收到报警信号进行数据过滤停止发送。
进一步地，车辆设置至少包含本机权限和遥控权限；当处于本机权限时，执行单元屏蔽指令单元的信号；当处于遥控权限时，执行单元接收不到指令单元的心跳数据时屏蔽指令单元的信号；当本机权限切到遥控权限的等待时间内执行单元屏蔽指令单元的信号。
本发明的有益效果是：本发明能够通过远程指令单元对挖掘机进行远程遥控，从而提高操作员在危险场景下施工的安全性，同时通过5G网络进行数据及图像的的交互，提高远程遥控时施工操作的实时性。本发明还提高了工程机械尤其是挖掘机的智能化水平，推动智能智造的进一步发展。
附图说明
图1为本发明的控制示意图；
图2为本发明传输单元的组成示意图；
图3为本发明环境单元的组成示意图；
图4为本发明数据转换单元1与所述数据转换单元2采用5G远程遥控挖掘机的容错控制的流程图；
图5为本发明指令单元依据状态信息分析指令发送的可行性流程图；
图6为本发明权限控制的流程图。
具体实施方式
下面根据附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1至图3所示，一种挖掘机远程控制系统，该远程控制系统包括传输单元、环境单元、执行单元、显示单元与指令单元；其中环境单元和执行单元为车辆端，显示单元与指令单元为远程端。指令单元通过传输单元将指令传输给执行单元执行车辆动作、启动、相关按键等功能，环境单元通过传输单元将车辆现场环境传输给显示单元进行显示。
如图2所示，远程控制系统的传输单元包括5G通信模块、数据转换单元1、数据转换单元2和以太网交换单元。5G通信模块一端通过所述数据转换单元2实现与指令单元的数据传输，5G通信模块另一端与所述以太网交换单元连接实现数据传输。数据转换单元2接收指令单元的指令，通过5G传输网络传输至车辆端由执行单元去执行，同时数据转换单元2接收车辆端的状态数据给指令单元进行分析下发指令。以太网交换单元接收远程端的指令并将指令转发给数据转换单元1，同时以太网交换单元将车辆端的环境单元中图像与状态数据通过5G通信模块发送至远程端由显示单元进行显示。所述数据转换单元1用于接收以太网交换单元传递的数据并转发给车辆端的执行单元。
其中，5G通信模块包括5G路由器、5G工业路由器和基站，5G路由器与5G工业路由器分别配置具备专用通信通道的sim卡，实现端对端的专用通道。5G路由器与基站之间、5G工业路由器与基站之间均采用5G无线网络进行连接，5G路由器与显示单元之间、5G路由器与数据转换单元2之间、5G工业路由器与以太网交换单元之间均通过以太网进行连接。
如图3所示，远程控制系统的环境单元由置于车辆端的图像控制单元和状态系统组成。图像控制单元与七路高清摄像头通过视频线连接，所述高清摄像头中至少包含一路支持音频高清摄像头并安装于驾驶室内部，采集并发送现场驾驶的发动机声音；至少包含四路高清摄像头安装于车身前后左右位置，实时采集车身周边环境，包括检测障碍物与人员出入的视频以及声音信号。图像控制单元经过标准H.265/H.264码流对视频以及音频进行编码，并将编码后的信号通过传输单元传到显示单元进行编解码进行分析显示。状态系统由车辆控制系统的发送单元组成，其中发送单元由车辆转速、高低速、档位、车辆姿态、压力等参数组成，状态系统通过传输单元将参数传到显示单元进行显示，便于操作员观察车辆运行状态。
远程控制系统的执行单元用于接收远程端的指令单元发送的指令信号，解析指令信号，判断指令信号类型（动作类、开关类等），执行指令内容。
远程控制系统的显示单元包含显示器和上位机软件，其中上位机软件通过5G网络接收环境单元的视频与状态信号，通过RTSP视频流进行H.265/H.264解码显示视频，解析状态系统数据并做数据显示。
远程控制系统的指令单元包含动作类指令和开关类指令，主要有车辆上电、启动发动机、先导阀、动作等控制指令，经过5G网络发送至执行单元执行指令。
如图5所示，车辆端环境单元的状态系统向远程端的指令单元发送车辆状态信息，远程端指令单元依据状态信息分析指令发送的可行性。当出现以下情况需停止发送动作信号：（1）有故障报警；（2）车辆姿态（如车身倾角等）超过阈值；（3）显示单元软件检测图像与数据卡滞/停滞；（4）通信强度低于阈值。根据实际操作情况可以增设需停止发送动作信号的车辆状态信息。
数据转换单元1与所述数据转换单元2之间按照包括5G远程遥控挖掘机的容错控制方法进行数据互通，分别限制遥控操作过程中接收的数据，过滤不必要的数据。如图4所示，该5G远程遥控挖掘机的容错控制方法包括指定指令单元源地址为ADDR1，数据转换单元1对接收的数据进行过滤，当出现非ADDR1的源地址数据时，屏蔽该段数据，不执行该指令，并向远程端发送异常数据报警，请求远程端停止发送，远程端接收报警信号进行数据过滤停止发送；指定环境单元数据源地址为ADDR2，数据转换单元2对接收的数据进行过滤，当出现非ADDR2的源地址数据时，屏蔽该段数据，不显示该数据，并向车辆端发送异常数据报警，请求车辆端停止发送，车辆端接收到报警信号进行数据过滤停止发送。
如图6所示，车辆设置至少包含本机权限和遥控权限；当处于本机权限时，执行单元屏蔽指令单元的信号；当处于遥控权限时，执行单元接收不到指令单元的心跳数据时屏蔽指令单元的信号；当本机权限切到遥控权限的等待时间内执行单元屏蔽指令单元的信号。
以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种挖掘机远程控制系统，其特征在于：该远程控制系统包括传输单元、环境单元、执行单元、显示单元与指令单元；
传输单元包括5G通信模块、数据转换单元1、数据转换单元2和以太网交换单元；5G通信模块一端通过所述数据转换单元2实现与指令单元的数据传输，5G通信模块另一端与所述以太网交换单元连接实现数据传输；所述数据转换单元1与以太网交换单元连接，用于接收以太网交换单元传递的数据并转发给执行单元；所述以太网交换单元还与环境单元连接，用以接收环境单元传递的数据，所述5G通信模块还与显示单元连接，用以将5G通信模块接收到的数据传递给显示单元。
2.根据权利要求1所述的一种挖掘机远程控制系统，其特征在于：所述5G通信模块包括5G路由器、5G工业路由器和基站，5G路由器与基站之间、5G工业路由器与基站之间均采用5G无线网络进行连接，5G路由器与显示单元之间、5G路由器与数据转换单元2之间、5G工业路由器与以太网交换单元之间均通过以太网进行连接。
3.根据权利要求2所述的一种挖掘机远程控制系统，其特征在于：所述5G路由器与5G工业路由器分别配置具备专用通信通道的sim卡，实现端对端的专用通道。
4.根据权利要求1所述的一种挖掘机远程控制系统，其特征在于：所述环境单元由置于车辆端的图像控制单元和状态系统组成；图像控制单元与七路高清摄像头通过视频线连接，所述高清摄像头中至少包含一路支持音频高清摄像头并安装于驾驶室内部，采集并发送现场驾驶的发动机声音；至少包含四路高清摄像头安装于车身前后左右位置，实时采集车身周边环境，包括检测障碍物与人员出入的视频以及声音信号；图像控制单元经过标准H.265/H.264码流对视频以及音频进行编码，并将编码后的信号通过传输单元传到显示单元进行编解码进行分析显示；状态系统由车辆控制系统的发送单元组成，其中发送单元由车辆转速、高低速、档位、车辆姿态、压力的参数组成，状态系统通过传输单元将参数传到显示单元进行显示，便于操作员观察车辆运行状态。
5.根据权利要求4所述的一种挖掘机远程控制系统，其特征在于：所述显示单元包含显示器和上位机软件，其中上位机软件通过5G网络接收环境单元的视频与状态信号，通过RTSP视频流进行H.265/H.264解码显示视频，解析状态系统数据并做数据显示。
6.根据权利要求4所述的一种挖掘机远程控制系统，其特征在于：车辆端的状态系统向远程端发送车辆状态信息，远程端指令单元依据状态信息分析指令发送的可行性。
7.根据权利要求1所述的一种挖掘机远程控制系统，其特征在于：所述数据转换单元1与所述数据转换单元2之间按照包括5G远程遥控挖掘机的容错控制方法进行数据互通，分别限制遥控操作过程中接收的数据，过滤不必要的数据。
8.根据权利要求7所述的一种挖掘机远程控制系统，其特征在于：该5G远程遥控挖掘机的容错控制方法包括指定指令单元源地址为ADDR1，数据转换单元1对接收的数据进行过滤，当出现非ADDR1的源地址数据时，屏蔽该段数据，不执行该指令，并向远程端发送异常数据报警，请求远程端停止发送，远程端接收报警信号进行数据过滤停止发送；指定环境单元数据源地址为ADDR2，数据转换单元2对接收的数据进行过滤，当出现非ADDR2的源地址数据时，屏蔽该段数据，不显示该数据，并向车辆端发送异常数据报警，请求车辆端停止发送，车辆端接收到报警信号进行数据过滤停止发送。
9.根据权利要求1所述的一种挖掘机远程控制系统，其特征在于：车辆设置至少包含本机权限和遥控权限；当处于本机权限时，执行单元屏蔽指令单元的信号；当处于遥控权限时，执行单元接收不到指令单元的心跳数据时屏蔽指令单元的信号；当本机权限切到遥控权限的等待时间内执行单元屏蔽指令单元的信号。
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